CN105207052A - 激光二极管装置 - Google Patents

激光二极管装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105207052A
CN105207052A CN201510583595.2A CN201510583595A CN105207052A CN 105207052 A CN105207052 A CN 105207052A CN 201510583595 A CN201510583595 A CN 201510583595A CN 105207052 A CN105207052 A CN 105207052A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser diode
layer
diode chip
protective layer
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510583595.2A
Other languages
English (en)
Inventor
艾尔弗雷德·莱尔
森克·陶茨
乌韦·施特劳斯
克莱门斯·菲尔海利希
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of CN105207052A publication Critical patent/CN105207052A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237—Fixing laser chips on mounts by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282—Passivation layers or treatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明提出一种激光二极管装置，具有：壳体(1)，其具有壳体部件(10)和与壳体部件(10)连接的装配件(11)，装配件沿着延伸方向(110)远离壳体部件(10)延伸；以及在装配件(11)上的激光二极管芯片(2)，激光二极管芯片在衬底(20)上具有带用于辐射光的有源层(23)的半导体层(21、22、23、24)，其中在激光二极管芯片(2)和装配件(11)之间设有第一焊料层(3)，第一焊料层具有大于或等于2μm的厚度，并且激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在辐射耦合输出面(27)上施加有结晶保护层(6)。

Description

激光二极管装置
本发明是申请日为2013年3月19日、申请号为201310088321.7、发明名称为“激光二极管装置”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明提出一种激光二极管装置。
所述专利申请要求德国专利申请102012102305.0的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。
背景技术
具有较高的光学功率密度的光源是对于多个应用的关键组件。例如，由氮基化合物半导体材料***制成的激光二极管具有用于投影***的高的市场潜力，尤其是这样的具有位于1000流明至10000流明之间的光通量。
因此，对于这类应用而言，具有高的输出功率以及紧凑的壳体的组件是必要的。出于成本原因并且在标准化的范围中，所谓的TO结构系列(TO：“晶体管外形”)的壳体通常呈TO金属壳体(“TO金属罐封装”)的形式，例如呈已知的结构尺寸TO38、TO56和TO90的形式，其中，TO金属壳体基本上由钢制成。然而至今为止，呈这样的标准TO构型、下面也简称为“TO壳体”的目前可用的激光二极管局限于低于3瓦的光学功率，这对于许多应用来说是不够的。然而直至今日还没实现具有这样的构型的高于3瓦的光学功率。
例如从文献C.Vierheilig等，Proc.SPIE(国际光学工程学会的会议记录)，卷8277，82770K，2012中已知在TO壳体中的发射蓝光的氮基激光二极管，所述氮基激光二极管在室温下连续工作时能够在最高2.5瓦的输出功率下发射出具有在440nm至460nm的范围内的波长的光。
光学输出功率的提高通常情况下通过扩大光学谐振器的尺寸，即尤其是扩大芯片面积而引起，因为在氮基激光二极管中显示出与电流密度相关的长期老化特性，如例如在文献S.Lutgen等，Proc.SPIE，卷7953，S.79530Gl-12,2011中所说明的一样。此外也能够通过扩大有源面积而改善从产生光的层朝向热沉方向的热传输。
然而，本申请的发明者在自己的试验和研究中发现，芯片面积的扩大不导致功率提高。为此，在图1A中为基于氮化物化合物半导体材料的发射蓝光的激光二极管芯片示出取决于工作电流I(单位：安培)的光学输出功率(单位：瓦)的测量。在此，用于测量的激光二极管芯片分别位于TO壳体中。为分别具有200μmx1200μm的结构尺寸和15μmx1200μm的有源面积的两个单芯片确定测量曲线1001和1002。为了达到较高的功率，研究上述的将芯片面积加倍的方式。由这样的加倍所期待的功率提高以虚线1003的形式表明。然而已证实的是，相对期望在双倍的芯片面积的情况下可实现的最大功率甚至比在单芯片的情况下还小，如从用于具有相比于之前所说明的单芯片加倍的有源面积的激光二极管芯片的曲线1004可见的。
除了由不锈钢制成的标准TO壳体以外，还已知的是下述TO壳体，所述TO壳体为了更好的散热而具有基于铜的或带有铜芯以及钢制表面的壳体部件，如例如在文献DE1184870中所说明的，并且所述TO壳体由于良好导热的铜而应导致从激光二极管芯片的散热的改善。
在图1B中基于发明者的试验示出激光二极管芯片在不同的TO壳体中取决于工作电流I(单位：安培)的光学输出功率P(单位：瓦)以及工作电压(单位：伏特)的测量。曲线1005和1007示出在具有钢制底座(“基板(baseplate)”)和铜制装配件(“晶体管管座(stem)”)的常见的TO56标准壳体中的发射蓝光的GaN激光二极管芯片的取决于电流的光学功率以及与此相关联的工作电压，而曲线1006和1008示出对在具有用钢包封的铜制底座和用钢包封的铜制装配件的替选TO56壳体中的激光二极管芯片的相应测量。显而易见，具有基于用钢包封的铜的底座的替选的壳体没有毫无问题地导致激光二极管芯片的最大功率的改善。因此，并没有激光二极管制造商将这种替选TO壳体的方法继续用于氮基激光二极管。
发明内容
特定的实施形式的至少一个目的是，提出一种激光二极管装置。
所述目的通过一种激光二极管装置来实现，其具有：壳体，所述壳体具有壳体部件和与所述壳体部连接的装配件，所述装配件沿着延伸方向远离所述壳体部件地延伸；以及在所述装配件上的激光二极管芯片，所述激光二极管芯片在衬底上具有半导体层，所述半导体层带有用于射出光的有源层，其中，所述壳体部件和所述装配件具有铜制基体，并且至少所述壳体部件被钢包封，在所述激光二极管芯片和所述装配件之间设置有第一焊料层，所述第一焊料层具有大于或等于2μm的厚度，并且所述激光二极管芯片具有辐射耦合输出面，在所述辐射耦合输出面上施加有结晶保护层。在下文中示出并且此外从下面的说明书和附图中得出对象的有利的实施形式和改进方式。
根据至少一个实施形式，激光二极管装置具有内部设置有激光二极管芯片的壳体。所述壳体尤其具有壳体部件和与壳体部件连接的装配件，所述装配件沿着延伸方向远离壳体部件地延伸。换言之，装配件从壳体部件伸出并且例如能够构成为栓形。装配件具有装配面，所述装配面沿着壳体部件的延伸方向远离壳体部件地延伸，并且在所述装配面上设置有激光二极管芯片。壳体部件尤其能够设置和构造为，使得壳体盖能够设置在壳体部件上，以封闭所述壳体。
尤其是也能够彼此一件式构造的壳体部件和装配件分别具有铜制基体或也在一件式构造的情况下具有一个共同的铜制基体。此外，至少所述壳体部件被钢包封。这意味着，壳体部件基本上由基体的铜构成并且覆盖有钢层。钢层例如能够通过由不锈钢制成的层构成。此外，壳体部件例如能够具有孔或开口，例如具有接触腿的形式的馈电线能够穿过所述孔或开口从壳体部件的背离装配件的侧朝向设置有装配件的侧伸出。馈电线能够设置用于例如经由在馈电线和激光二极管芯片之间的导线连接来电接触激光二极管芯片。
根据另一实施形式，除了壳体部件以外，装配件也被钢包封。在这个实施形式中，壳体部件和装配件尤其能够具有一个共同的铜制基体，所述共同的铜制基体被钢层覆盖。
壳体尤其能够构造为例如具有结构尺寸TO38、TO56或TO90的所谓的TO壳体。壳体部件也能够称为“基板(baseplate)”，并且所述装配件也能够称为“晶体管管座(stem)”。相比于通常情况下所使用的、具有至少一个壳体部件或者具有壳体部件和装配件的标准TO壳体，在此说明的壳体由于被钢包封的壳体部件的铜而具有较高的导热性，其中所述标准TO壳体具有基本上由钢制成的且不基于铜的基体。
根据另一实施形式，壳体具有壳体盖，所述壳体盖安装在壳体部件上并且与壳体部件焊接。为此，特别有利的是，所述壳体部件被钢包封，因为由此如在具有钢底座的标准TO壳体的情况下一样，壳体盖能够与壳体部件焊接。装配件能够沿着其延伸方向从壳体部件伸入壳体盖中，以至于激光二极管芯片在安装壳体盖的情况下在装配件上位于由壳体盖和壳体部件构成的空腔中。此外，壳体盖在背离壳体部件的侧上具有窗口，由激光二极管芯片在工作时所发射的光能够从激光二极管装置穿过所述窗***出。壳体盖例如能够具有钢、尤其是不锈钢，或者直到窗口由钢、尤其是不锈钢制成。通过将壳体部件与壳体盖焊接，所述壳体能够气密地或至少非常密封地封闭，其中所述壳体盖以罩盖的形式构造在装配件之上，并且从而也构造在装配件上的激光二极管芯片之上。
根据另一实施形式，激光二极管芯片借助于第一焊料层设置在装配件上。这尤其意味着，在激光二极管芯片和装配件之间设置有第一焊料层。第一焊料层具有大于或等于2μm的厚度。特别优选的是，焊料层的厚度也能够是大于或等于3μm，并且此外还能够是大于或等于5μm的。
激光二极管芯片能够借助于第一焊料层直接安装在装配件上。替选于此还可能的是，在激光二极管芯片和装配件之间设置有导热元件，所述导热元件构造为所谓的散热件。导热元件尤其能够用于将在激光二极管芯片和装配件之间的热流扩散或分散，以便在热传输到壳体中，即尤其到装配件中时实现大的过渡面。此外，还能够可行的是，所述导热元件例如能够补偿在激光二极管芯片和壳体之间的应力，所述应力例如通过所述激光二极管芯片和壳体的不同的热膨胀系数而引起。
根据另一实施形式，导热元件借助第一焊料层固定在装配件上。激光二极管芯片借助第二焊料层固定在导热元件上。第二焊料层例如还能够具有大于或等于2μm的厚度，优选为大于或等于3μm的厚度，并且特别优选为大于或等于5μm的厚度。结合第一焊料层所说明的特征和优点也能够适用于第二焊料层，并且反之亦然。
根据另一实施形式，导热元件具有碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、钨铜(CuW)或金刚石，或者由上述材料制成。碳化硅、氮化硼、钨铜和金刚石的特征能够在于特别高的导热性。替选于此，导热元件也能够具有氮化铝。
因此，在这里所说明的激光二极管装置中，在铜基装配件的基体和激光二极管芯片之间存在同样具有不同的热膨胀系数的一种或多种材料，尤其第一焊料层和此外例如装配件的钢外罩和/或一个或多个其它焊料层和/或导热元件，其中所述铜基装配件的基体和激光二极管芯片通常具有不同的热膨胀系数。由此能够在激光二极管芯片和壳体之间，或者在激光二极管芯片和导热元件之间以及在导热元件和壳体之间在工作时形成温度应力，所述应力能够对激光二极管装置的工作产生负面的影响。而在现有技术中常见的是，焊料层的厚度尽可能薄，尤其保持为低于2μm，以便实现尽可能好的散热，其中借助所述焊料层安装激光半导体芯片，在这里所说明的激光二极管装置中使用第一焊料层，并且必要时也使用具有优选明显较大的厚度的第二焊料层。在此，接受这样的焊料层的较高的热阻，因为这样厚的焊料层被证实为是有利的，以便补偿在壳体和激光二极管芯片之间的温度应力。在这里所说明的焊料层例如能够具有基于铟的软焊料，以便能够特别良好地补偿不同的热膨胀。因此，在这里所说明的激光二极管芯片可作为导热元件应用如碳化硅、氮化硼、钨铜或金刚石的材料，上述材料相比于氮化铝具有更高的导热性，但是相比于用于激光二极管芯片的常用材料也具有明显不同的热膨胀系数。
如上所述，使用壳体例如基于铜的或具有铜芯的和钢表面的TO壳体与使用不锈钢制标准TO壳体相比本身没有获得激光功率的改善。此外，使用具有大于或等于2μm的厚度的焊料层由于较高的热阻也显现出不利。然而已证实的是，在此所说明的激光二极管装置通过在这里所说明的、具有厚的第一焊料层的壳体能够实现在几瓦的范围内，尤其在大于3W的范围内的更高的光学输出功率，以及将电输入功率转换为光学输出功率的更高的转换系数。
根据另一实施形式，激光二极管芯片基于氮化物化合物半导体材料。激光二极管芯片尤其能够具有衬底，优选导电衬底，例如结晶(In、Al、Ga)N。此外能够施加外延生长层序列，即外延生长的半导体层，所述外延生长层序列基于氮化物化合物半导体材料，并且因此基于InAlGaN实施。
InAlGaN基的化合物半导体材料、(In,Al,Ga)N基的化合物半导体材料以及氮化物化合物半导体材料尤其涵盖具有选自III-V化合物半导体材料***InxAlyGa1-x-yN的材料的物质，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1的材料，即例如GaN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN。激光二极管芯片尤其能够在衬底上具有半导体层序列，所述半导体层序列具有有源层，尤其优选基于AlGaInN和/或InGaN，所述有源层设置为用于在工作时辐射光。激光二极管芯片尤其能够在工作时发射从紫外至绿色波长范围中的光。
根据另一实施形式，激光二极管芯片在衬底上具有半导体层，所述半导体层例如在波导层和包封层之间具有有源层。在衬底上尤其能够施加第一包封层，在所述第一包封层上施加第一波导层，在所述第一波导层上施加有源层，在所述有源层上施加第二波导层，在所述第二波导层上施加第二包封层。此外，在第二包封层上能够设置有半导体接触层，并且在所述半导体接触层上设置有例如具有金属层的形式的电连接层。激光二极管芯片的电接触能够特别优选地经由与衬底相对置的电连接层以及经由能导电的衬底进行，其中，衬底在背离半导体层的侧上也能够具有电连接层。此外，在有源层的背离衬底的侧上在波导层和包封层之间能够设置有载流子阻挡层，以便避免所谓的载流子过冲。
设置在衬底和有源层之间的半导体层例如能够是n型掺杂的，并且从衬底向外看设置在有源层之上的半导体层是p型掺杂的。替选于此还可能的是，倒转掺杂顺序。有源层能够是不掺杂的或n型掺杂的。激光二极管芯片能够作为有源层例如具有传统的pn结、双异质结构或量子阱结构，特别优选具有多量子阱结构(MQW结构)。在本申请的范围中，名称量子阱结构尤其包括下述结构，在所述结构中载流子通过封入(“限制”)能够经受其能量状态的量子化。量子阱结构尤其能够具有量子阱、量子线和/或量子点以及上述结构的组合。有源层例如能够在适宜地构造的阻挡层之间具有InGaN基量子膜。
根据另一实施形式，激光二极管芯片具有辐射耦合输出面，经由所述辐射耦合输出面在工作时射出在有源层中产生的光。激光二极管芯片优选构成为边缘发射的激光二极管芯片，其中辐射耦合输出面例如能够通过半导体层复合结构的击穿、***和/或刻蚀沿着结晶平面产生。此外，激光二极管芯片具有与辐射耦合输出面相对置地设置的后侧面。激光二极管芯片的前侧面的下述区域能够称为辐射耦合输出面，经由所述区域辐射在激光二极管芯片中产生的相干光。在边缘发射的激光二极管芯片中，前侧面，尤其还有辐射耦合输出面以及后侧面通常情况下也称为所谓的棱面(Facette)。此外，激光二极管芯片具有侧面，所述侧面将后侧面和辐射耦合输出面相互连接，并且所述侧面通过半导体层的在垂直于半导体层的生长方向和设置方向的方向上的面构成。
根据另一实施形式，激光二极管芯片至少在辐射耦合输出面上具有结晶保护层。在此，下面将整体上具有晶体结构，即近程有序排列和远程有序排列的层称为结晶层。与此相反，非结晶的层仅具有近程有序排列，并且部分结晶的或局部结晶层仅在部分中或区域中也具有近程有序排列，然而所述近程有序排列不在整个层上继续。
结晶保护层尤其能够是气密密封的，尤其是在辐射耦合输出面的区域中，即优选激光二极管芯片的前侧面的区域中气密密封，经由所述前侧面的区域在工作时辐射激光辐射。在这种情况下，气密密封层尤其能够具有足够高的密封性，使得激光二极管芯片的由气密密封层覆盖的面在激光二极管芯片和激光二极管装置的使用寿命期间被保护，使得不会产生缩短使用寿命的损害。结晶保护层尤其能够具有比例如非结晶的或局部结晶的层更高的密封性。这例如能够由于构造优选不具有晶格缺陷的，所谓的“针孔”的、能够造成非密封性的结晶层而引起。
结晶保护层能够保护激光二极管芯片的被结晶保护层覆盖的面，即至少辐射耦合输出面抵御例如为有害气体的环境影响。这样的环境影响例如能够通过氧气、臭氧、在酸雨中包含的物质以及其它化学物构成。例如，在将激光二极管装置用作为在汽车工程中的光源时，在未被保护的激光二极管芯片的情况下能够由于腐蚀性介质，例如碳氢化合物以及含硫化合物和含氮化合物，例如硫化氢和硫氧化物以及氮氧化物而出现激光二极管芯片和特别是其辐射耦合输出面的损害。因此，当壳体本身不相对于环境气密地封闭时，这样的有害的环境影响例如能够渗透到激光二极管装置的壳体中直至激光二极管芯片。在这里所说明的激光二极管装置的壳体中，由于不同的热膨胀系数，一个特殊的技术挑战在于，在封闭的壳体中将基于铜的或基于被钢包封的铜的壳体与钢基壳体盖以足够高的密封性焊接。尤其在大批量制造这类组件的情况下能够导致具有残留不密封性(Rest-undichtkeit)的组件的逃逸率(“escaperate”)的提高。虽然已知的是，激光二极管芯片的棱面设有覆层，然而所述覆层通常情况下是非结晶的至局部结晶的并且能够由于其晶界和缺陷仅不足够地防止了损害棱面的材料的扩散。因此，结晶保护层是尤其重要的辐射耦合输出面的确保激光二极管装置的可靠使用的额外保护。
此外，这里说明的在激光二极管芯片和壳体之间的厚的焊料层，例如第一焊料层能够导致，焊料颗粒经由激光二极管芯片的表面尤其迁移到激光棱面的区域中。在不具有足够密的棱面覆层的情况下，焊料颗粒能够穿过棱面覆层扩散，这会导致经由激光棱面的漏电流。通过这里所说明的结晶保护层能够确保足够密的棱面覆层，所述棱面覆层能够防止激光二极管芯片被焊料颗粒损害。此外，在结晶的介电材料的情况下，通过结晶保护层能够实现击穿场强的明显提高，由此，例如由于向上伸展(hochlaufenden)的焊料层或在棱面上的p型金属化部能够实现抵御电击穿的保护。
在一个特别有利的实施形式中，激光二极管装置尤其具有带有激光二极管芯片的上述的铜基壳体，其中，在激光二极管芯片和装配件之间设置有第一焊料层，所述第一焊料层具有大于或等于2μm的厚度，并且其中，激光二极管芯片具有辐射耦合输出面，在所述辐射耦合输出面上设置有结晶保护层。由于例如在厚的焊料层的情况下的特征的组合阻止了改善的排热，尽管如此，对于激光二极管装置而言仍然能够实现改善的散热，并且从而实现较高的输出功率。因此能够通过激光二极管芯片的低的应力、来自激光二极管芯片的良好的热传输和高的组件可靠性的最优的组合确保光学输出功率的显著提升。
根据另一实施形式，在制造激光二极管装置时，激光二极管芯片至少在辐射耦合输出面上设有结晶保护层。为此应用涂覆方法，借助所述涂覆方法能够制造结晶的介电层、半导体层或导电层。为此，例如能够选择用于在提高的温度下，尤其在高于或等于500℃，并且优选高于或等于600℃的温度下进行化学气相沉积(CVD：“chemicalvapordeposition”)的方法。结晶保护层特别优选也能够通过借助于原子层沉积方法(ALD：“atomiclayerdeposition”)，尤其是原子层外延方法(ALE：“atomiclayerepitaxy”)的沉积来实现。与常规的棱面覆层的制造方法相比，原子层沉积方法能够在高于或等于500℃，并且优选高于或等于600℃的提高的温度下实施，以便获得结晶保护层。在所述方法，尤其是原子层沉积方法中有利的是无缺陷的、无“针孔”的结构，表面上的良好的附着性，高稳定性，具有高纵横比的不平坦部的良好的包覆以及低应力的结构。特别有利的是，在这样的保护层的情况下其相对于气体、例如氧气或潮湿空气的低的渗透性，例如在文献P.F.Carcia等，JournalofAppliedPhysics(应用物理杂志)106，023533(2009)以及T.Hirvikorpia，AppliedSurfaceScience(应用表面科学)257,9451-9454(2011)中所说明的。
根据另一优选的实施形式，结晶保护层具有正好一个结晶层，替选于此还可能的是，结晶保护层具有多个结晶层。多个结晶层例如能够通过由不同的材料制成的多个结晶层构成。此外还可能的是，多个结晶层通过交替的顺序由不同的材料制成的至少两个结晶层构成。
根据另一实施形式，在辐射耦合输出面上施加有光学层。所述光学层例如能够是反射层或抗反射层。这类光学层通常情况下具有一个并且优选多个由透明材料制成的层，所述层能够构成不同折射率的周期性序列。
结晶保护层例如能够构成光学层。当结晶保护层具有多个结晶层时，这才尤其能够是有利的。替代于此还可能的是，除了结晶保护层以外还施加光学层，所述光学层不必一定是结晶的，而是例如能够是非结晶的或者部分结晶的。在这种情况下，光学层能够借助于如从现有技术中已知的用于棱面覆层的传统的涂覆方法来施加。
光学层例如能够设置在辐射耦合输出面和结晶保护层之间并且通过结晶保护层覆盖。因此能够可行的是，除了辐射耦合输出面以外，光学层也通过结晶保护层来保护。替选于此可行的是，结晶保护层设置在辐射耦合输出面和光学层之间。在这种情况下，结晶保护层有利地尽可能靠近地并且特别优选直接设置在激光二极管芯片上，即至少设置在辐射耦合输出面上。结合附加的光学层，结晶保护层也能够具有覆层的光学功能的一部分并且从而是光学层的一部分。
根据另一实施形式，结晶保护层通过介电材料构成或者具有至少一种介电材料。尤其在辐射耦合输出面以及必要时激光二极管芯片的其它的面直接或非间接覆层的情况下，介电层是有利的，因为由此能够避免激光二极管芯片的短路。结合光学层或者也结合在结晶保护层和激光二极管芯片之间的钝化层，结晶保护层也能够具有半导体材料或导电材料或者由上述材料制成。
特别优选地，结晶保护层能够通过氧化物构成或者具有至少一种氧化物。通过氧化物材料的氧气例如能够与水分子构成氢键，由此能够阻止水分子渗入结晶层。特别优选地，氧化物能够是介电的。
结晶保护层特别优选能够在一个或多个结晶层中具有下述材料中的一种或多种：Al2O3、Si3N4、NbxAlyOz、Al2O3/TiO2、Al2O3/Ta2O5、HfO2、Ta2O5/ZrO2、Ta2O5、TaxTiyOz、Ta2O5/NbO5、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、Nb2O5、Sc2O3、Y2O3、MgO、B2O3、SiO2、GeO2、La2O3、CeO2、PrOx、Nd2O3、Sm2O3、EuOx、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、SrTiO2、BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3、BixTiyO、BixSiyO、SrTa2O6、SrBi2Ta2O9、YScO3、LaAlO3、NdAlO3、GdScO3、LaScO3、LaLuO3、Er3Ga5O13、HfSiO、HfTiO、AlSiO、LsAlO、LaHfO、In2O3、ZnO、Ga2O3、V2O5、HfAlO、HfTaO、HfZrO、Ru、Pt、Ir、Td、Rh、Ag、W、Cu、Co、Fe、Ni、Mo、Ta、Ti、Al、Si、Ge、In2O3、In2O3:Sn、In2O3:F、In2O3:Zr、SnO2、SnO2:Sb、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、RuO2、RhO2、IrO2、Ga2O3、V2O5、WO3、W2O3、BN、AlN、GaN、InN、SiNx、Ta3N5、Cu3N、Zr3N4、Hf3N4、NiO、CuO、FeOx、CrOx、CoOx、MnOxTiN、TixSiyNz、NbN、TaN、Ta3N5、MoNx、W2N、GaAs、AlAs、AlP、InP、GaP、InAs、TaC。
根据另一实施形式，在激光二极管芯片的与辐射耦合输出面相对置的后侧面上同样施加有结晶保护层。通过在辐射耦合输出面上的以及在后侧面上的结晶保护层能够有效地保护激光二极管芯片的对环境影响敏感的棱面。
此外，在后侧面上也能够施加光学层，尤其是反射层。如上面为辐射耦合输出面的覆层所说明的，也能够在后侧面上将光学层设置在结晶保护层和后侧面之间。替选于此，结晶保护层也能够设置在光学层和后侧面之间。还能够特别有利的是，光学层通过结晶保护层构成在激光二极管芯片的后侧面上。
根据另一实施形式，在激光二极管芯片的连接后侧面和辐射耦合输出面的侧面上施加一个或多个结晶保护层。尤其能够有利的是，在所有垂直于半导体层的生长方向和设置方向设置的侧面以及在激光二极管芯片的棱面上施加结晶保护层，以至于完全地保护半导体层和在半导体层之间的分界面。
附图说明
从下述结合附图所说明的实施例中获得其它优点、有利的实施形式以及改进方案。附图示出：
图1A和1B示出传统的激光二极管装置的特性的测量；
图2A和2B示出根据一个实施例的激光二极管装置的示意图；
图3示出根据一个实施例的激光二极管芯片的示意图；
图4示出激光二极管装置的特性的测量；
图5A至5G示出根据另一实施例的激光二极管装置的部件的示意图；以及
图6至7C示出根据另一实施例的激光二极管装置的示意图。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同的、同类的或起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。所示出的元件和其相互间的大小比例不视为按比例的，更确切地说，为了更好的清晰性和/或为了更好的理解，各个元件，例如层、组件、器件和区域能够夸大地示出。
在图2A、2B中示出用于激光二极管装置100的一个实施例，其中，在图2A中示出示意的剖视图，并且在图2B中示出激光二极管装置100的反向于在图2A中示出的方向110的前侧的俯视图。下述说明同样涉及图2A和2B。
激光二极管装置100具有壳体1，所述壳体以所谓TO壳体的形式构造。壳体1具有壳体部件10和设置在所述壳体部件上的装配件11。装配件11沿着延伸方向110远离壳体部件10并且在所示出的实施例中与壳体部件10一件式地构造。壳体部件10和装配件11此外具有由铜构成的基体。此外壳体部件10还具有钢制外罩12，所述钢制外罩通过铜制基体在壳体部件10的区域中的覆层构成。
此外，壳体部件10例如能够具有孔或开口，在所述孔或开口中设置有引线腿，所述引线腿从壳体部件10的背离装配件11的侧朝向装配件11的侧伸出。固定和设置在其中的引线腿例如能够构造为电引线并且提供用于电接触的可能性。
装配件11具有装配面13，在其上设置有激光二极管芯片2。激光二极管芯片2尤其经由第一焊料层3装配在装配件11的装配面13上，并且由此电连接和热连接到壳体1上。
在装配件11之上并且从而在激光二极管芯片2之上能够设置有壳体盖14，所述壳体盖通过虚线标明。此外，可具有窗口15的壳体盖14例如能够具有钢并且优选直至窗口15由钢制成。由于壳体部件10具有钢制外罩12，所以壳体盖14能够施加在壳体1的壳体部件10上并且如在常见的TO壳体中一样能够与钢制底座在标准过程中借助于焊接固定。
当为了最优的排热在标准激光二极管器件中常见地将激光二极管芯片经由尽可能薄的焊料层耦联到壳体上，以便实现尽可能低的热阻时，在这里示出的实施例中，第一焊料层3具有大于或等于2μm的厚度，并且优选具有大于或等于3μm的厚度。第一焊料层3的厚度也能够特别优选地大于或等于5μm。由此能够补偿温度应力，所述应力在工作时由于在激光芯片2中所产生的热量和激光二极管芯片2和壳体1的不同的热膨胀系数而产生。此外，通过这样厚的焊料层例如也能够补偿在装配件11的装配面13上的表面不平坦性。这尤其是当装配件11，如其在图6中所示出的，如壳体部件10一样具有钢制外罩12时，才发生。
如在图3中所示出的，激光二极管芯片2优选构造为边缘发射的激光二极管芯片，所述边缘发射的激光二极管芯片具有通过侧面构成的辐射耦合输出面27和与所述辐射耦合输出面相对置的后侧面28。辐射耦合输出面27尤其能够通过激光二极管芯片2的前侧面的区域构成，经由所述区域在工作时辐射出在激光二极管芯片2中产生的激光辐射。
激光二极管芯片2尤其基于氮化物化合物半导体材料。激光二极管芯片2对此具有衬底20，所述衬底优选构造为导电的并且例如具有晶体(In、Al、Ga)N或者由其制成。此外，半导体层序列基于氮化物化合物半导体材料生长，优选借助于外延方法，例如金属有机化合物气相外延(MOVPE，“metalorganicvaporphaseepitaxy”)生长。激光二极管芯片2在衬底20上具有有源层23，所述有源层设置在波导层22和包封层21之间。激光二极管芯片2在衬底20上尤其具有包封层21，在所述包封层上设置有第一波导层22，并且在所述波导层上设置有有源层23。在所述有源层23之上在生长方向上紧接着另一波导层22以及另一包封层21，并且在所述另一包封层上设置有半导体接触层24，所述半导体接触层由例如具有金属电极层的形式的电连接层25接触。激光二极管芯片2的电连接经由电连接层25和导电的衬底20实现，所述导电的衬底在背离半导体层21、22、23、24的侧上能够具有另一电连接层(未示出)。
在所示出的实施例中，从有源层23向外看，朝向衬底20的半导体层是n型掺杂的，而设置在有源层23的背离衬底20的侧上的半导体层是p型掺杂的。替选地，倒转的掺杂顺序也是可行的。有源层23例如能够是n型掺杂或无掺杂的并且尤其在所示出的实施例中具有多量子阱结构。
通过铜基壳体1尤其能够实现相比于钢制标准TO壳体改进的导热性。为此，在图4中曲线401和402示出用于发射蓝光的GaN基的激光二极管芯片的分别取决于工作电流(单位：安培)的工作电压U(单位：伏特)，以及曲线403和404示出用于发射蓝光的GaN基的激光二极管芯片的分别取决于工作电流(单位：安培)的光学输出功率P(单位：瓦)，其中，研究在具有钢制底座的标准TO56壳体中的激光二极管芯片和在具有被被钢包封的铜制壳体部件的在这里所说明的铜基壳体中的激光二极管芯片，所述激光二极管芯片借助于5μm的焊料层厚度安装。对用于在这里说明的铜基壳体和厚的焊料层的情况的曲线401和403与用于标准TO壳体和薄的焊料层的情况的曲线402和404进行对比，尽管厚的焊料的较高的热阻，仍在使用具有在这里所说明的第一焊料层3的在这里所说明的壳体的情况下显示出输出功率的改善。
根据另一实施例，激光二极管芯片2至少在辐射耦合输出面27上具有结晶保护层6，如下面结合5A至5G所说明的，在其用于激光二极管芯片2的实施例中所示出的是，所述激光二极管芯片能够借助于以部段方式示出的焊料层安装在这里说明的激光二极管装置的壳体1中。由于清晰度原因，在下述附图中未示出激光二极管芯片2的层构造。
下面的实施例的激光二极管芯片2至少在辐射耦合输出面27上具有结晶保护层6，所述结晶保护层适于并且设置用于至少保护辐射耦合输出面27抵御例如通过环境空气引起的有害的环境影响。在环境空气中的这样的有害的环境影响例如能够是氧气、臭氧、酸雨、硫和含硫化合物以及氧化氮和碳氢化合物以及其它有害的化学物。这类物质也可能会不期望地渗入用壳体盖14封闭的壳体1中，因为基于在铜和钢之间的不同的热膨胀系数，一个特殊的技术挑战在于，将钢基壳体盖14足够紧密地与壳体部件10连接和焊接。尤其在大批量制造这样的壳体1的情况下能够导致具有残留不密封性的组件的未知的份额的提高。因此，结晶保护层6对于将激光二极管芯片2使用在这里所说明的高导热性壳体1中而言作为对至少辐射耦合输出面的附加的保护是必要的。
在下面说明的结晶保护层6尤其能够是气密地密封的从而具有足够高的密封性，使得激光二极管芯片2在其整个使用寿命内被充分保护。根据下述实施例的结晶保护层6例如能够借助于原子层沉积方法，尤其借助于原子层外延方法，或者借助于化学气相沉积方法尤其在高于或等于500℃，并且优选高于或等于600℃的温度下施加到激光二极管芯片2上。尤其是借助于原子层沉积来施加的保护层6有利地构成无晶格缺陷的、没有所谓的“针孔”的结构，所述结构具有表面处的良好的附着性，高稳定性，良好的包覆以及低应力的结构。
此外，由于厚的第一焊料层3并且在必要时也由于厚的第二焊料层5，如结合图7A至7C阐述的，在激光二极管芯片2之下存在增加的焊料供应，这能够导致焊料颗粒向上朝向激光二极管芯片2并且尤其朝向辐射耦合输出面27迁移，并且所述焊料颗粒能够穿过非气密密封的棱面覆层扩散，因此，通过结晶保护层6能够实现相对于焊料朝向激光二极管芯片2的表面扩散的保护。此外，结晶保护层6在介电材料的情况下能够导致击穿场强的明显的提升。
在图5A中示出用于激光二极管芯片2的一个实施例的剖视图，其中结晶保护层6直接施加在激光二极管芯片2的辐射耦合输出面27上。为此结晶保护层6具有介电材料，例如上面在发明内容部分所提及的介电材料中的一种。替选于此还可能的是，在结晶保护层6和辐射耦合输出面27之间设置有介电钝化层，以至于对于结晶保护层6而言也能够应用半导体材料或导电材料，如上面在发明内容部分所说明的。
此外，在辐射耦合输出面27上以及在与所述辐射耦合输出面相对置的后侧面28上施加具有层堆叠形式的光学层7，所述光学层构造为相应的激光棱面的反射部或抗反射部。施加在辐射耦合输出面27上的光学层7例如能够构造为抗反射层，而施加在后侧面28上的光学层7能够构造为反射层。光学层7能够借助于对于激光棱面的覆层而言常见的方法实施，通过所述方法产生典型的非结晶的层或部分结晶的层。
因此，在所示出的实施例中，结晶保护层6设置在光学层7和辐射耦合输出面27之间。能够足以保护辐射耦合输出面的是，结晶保护层6具有几纳米至几十纳米的厚度，以至于结晶保护层6对施加在辐射耦合输出面27上的覆层的光学特性不具有影响，所述特性基本上通过光学层7确定。替选于此还可能的是，结晶保护层6构造为光学层7的部分并且具有相应地选择的厚度。
在图5B中示出一个实施例，其中除了结晶保护层6以外，在辐射耦合输出面27上，也在后侧面28上，在后侧面28和光学层7之间设置有结晶保护层6。由此也能够保护后侧面28既抵御有害气体也抵御可能的迁移或扩散到后侧面28上的焊料。
在图5C中示出另一实施例，其中光学层7通过结晶保护层6构成在辐射耦合输出面27上。为此，结晶保护层6具有一个且优选多个由不同的材料制成的层，所述层具有所期望的抗反射特性或反射特性。
在图5D中示出另一实施例，其中光学层7也通过结晶保护层6构成在后侧面28上。也在这种情况下，结晶保护层6能够分别具有一个且优选多个由不同的材料制成的结晶层，这导致所期望的抗反射特性或反射特性。
在图5E中示出另一实施例，其中与图5A的实施例相比，结晶保护层6施加在光学层7上，以至于光学层7设置在结晶保护层6和辐射耦合输出面27之间并且从而通过结晶保护层6覆盖。因此一方面能够除了辐射耦合输出面27以外通过结晶保护层6保护光学层7。此外还可行的是，对于结晶保护层6而言，替选于介电材料也能够使用半导体材料或导电材料，例如上面在发明内容部分所提及的材料中的一种。
在图5F的实施例中，也在光学层7上在后侧面28上施加结晶保护层6，所述结晶保护层能够保护后侧面28以及在后侧面28上的光学层7。
在图5G中示出另一实施例，所述实施例从上方示出激光二极管芯片2的俯视图，并且其中，除了在辐射耦合输出面27上的和在后侧面28上的结晶保护层6以外，分别在侧面29上施加结晶保护层6，所述结晶保护层将后侧面28和辐射耦合输出面27相互连接。因此能够实现对激光二极管芯片2和尤其是其半导体层以及在半导体层之间的分界面的全面保护，因为激光二极管芯片2的所有侧面被用结晶保护层6覆盖。在此，如在图16中所示出的，结晶保护层6能够施加在光学层7之上。替选于此还可将结晶保护层6直接施加在辐射耦合输出面和/或后侧面28上。
在下面的附图中示出用于激光二极管装置的另一实施例，所述附图示出结合附图2A、2B、3以及5A至5G所说明的实施例的改型方案和变形方案。因此下述说明基本上限于与上述实施例的不同之处。在下面所说明的激光二极管装置尤其能够至少在辐射耦合输出面上具有结晶保护层以及壳体盖，即使其在下述附图中没有明确示出。
在图6中示出用于激光二极管装置101的一个实施例，其中与根据图2A和2B的激光二极管装置100相比，壳体部件10和装配件11都具有钢制外罩12。因此如在标准TO壳体中一样能够实现钢制装配面13，而同时能够获得通过铜改善的导热性。
在图7A至7C中示出根据另一实施例的激光二极管装置102的示意的剖视图(图7A)、反向于延伸方向110的俯视图(图7B)以及装配面13的俯视图(图7C)。相比于前述实施例，在激光二极管装置102中在激光二极管芯片2和壳体1的装配件11之间设置有导热元件4。导热元件尤其构造为所谓的散热件并且用于扩散激光二极管芯片2和装配件11之间的热流，以便在将热传输到壳体1中时实现尽可能大的过渡面。
在此，如上述的，第一焊料层3能够构造有大于或等于2μm的厚度，优选大于或等于3μm的厚度，并且特别优选大于或等于5μm的厚度，导热元件4借助所述第一焊料层安装在壳体1的装配件11上。此外，在导热元件4和激光二极管芯片2之间设置有第二焊料层5，激光二极管芯片2借助于所述第二焊料层安装在导热元件4上。第二焊料层5优选同样能够具有大于或等于2μm的厚度，优选大于或等于3μm的厚度，并且特别优选大于或等于5μm的厚度，替选于此还可能的是，两个焊料层3、5中的仅一个具有这样大的厚度，例如仅第一焊料层3具有这样大的厚度。
如在已示出的实施例中示出的是，装配件11能够通过铜构成或者如结合图6所说明的以及在图7A中通过虚线标明的也具有钢外罩12。
激光二极管芯片2和壳体1由于不同的材料具有不同的热膨胀系数。氮基半导体材料通常情况下具有例如为5.6x10-61/K的热膨胀系数和例如为100W/mK的导热性，而铜具有例如为16……18x10-61/K的热膨胀系数和例如为300W/mK的导热性。在其间存在同样具有不同的热膨胀系数的多种材料，即例如装配件11的钢外罩12、焊料层3和5以及导热元件4。钢具有例如为6……12x10-61/K的热膨胀系数和例如为30……70W/mK的导热性。导热元件4例如能够具有AlN或者由其制成，AlN具有例如为4.5……5.7x10-61/K的热膨胀系数和例如为80……200W/mK的导热性。因此，AlN导热元件4的热膨胀系数与激光二极管芯片2的热膨胀系数相对良好地匹配。然而，在AlN导热元件4相对于壳体1，即相对于铜或相对于用钢包封的铜的边界过渡部上在热膨胀系数方面存在显著的差别。
因此特别优选地，替代AlN，作为用于导热元件4的材料能够使用SiC，尤其是6H-SiC，虽然所述材料具有例如为4.4x10-61/K的热膨胀系数，但是具有例如为200……500W/mK的导热性。替选于此，导热元件4也能够使用下述材料：具有例如为6……8x10-61/K的热膨胀系数和例如为200……250W/mK的导热性的CuW；具有例如为2.5……4x10-61/K的热膨胀系数和例如为600W/mK的导热性的BN；金刚石，例如借助于CVD产生的金刚石，所述金刚石在例如为2.3x10-61/K的热膨胀系数的情况下具有例如为约1000W/mK的还更高的导热性。尽管用于导热元件4的这类材料在热应力方面是不利的，在这里说明的激光二极管装置中仍能够优选使用所述材料，因为能够通过在这里所说明的厚的焊料层3、5来补偿由于所述材料引起的较大的热应力。焊料层3、5例如能够具有基于铟的软焊料，以便可实现温度应力的尽可能好的补偿。
在附图和实施例中所示出的和说明的特征能够根据其它实施例相互组合，即使这样的组合没有在附图中明确示出。特别是不同的壳体形状、导热元件4的使用以及将一个或多个保护层6在激光二极管芯片2上的布置方式能够相互组合。此外，在附图中所示出的实施例也能够具有根据发明内容部分的实施例的替选的或附加的特征。
在这里所说明的激光二极管装置中，基于铜的壳体1的使用由于激光二极管装置的各个元件的不同的热膨胀系数能够导致温度应力，例如在壳体1和导热元件4之间、在导热元件4和激光二极管芯片2之间或者在不具有导热元件4的情况下直接在激光二极管芯片2和壳体1之间。此外，在壳体部件的制造过程中能够由于不同的材料成分导致表面不平坦性，尤其在被钢包封的装配件11的情况下。因此，在不具有用于激光二极管装置的在此所说明的额外措施的情况下，由于在激光二极管芯片2和壳体1或者必要时导热元件4和壳体1之间的减少的排热可能会再次丧失铜基的壳体1的优点。通过具有大于2μm的厚度并且优选大于3μm的厚度的第一焊料层2能够实现激光二极管芯片2或导热元件4到壳体1上的耦联。为了应付由于增加的焊料供应而产生的危险，即焊料颗粒迁移到激光二极管芯片2的表面之上尤其激光棱面之上并且能够穿过棱面覆层扩散，这会导致在激光棱面27、28之上的漏电流，激光二极管芯片2优选具有结晶保护层6。此外，通过结晶保护层6能够实现击穿场强的显著的提升。由此例如由于向上伸展的焊料层或在棱面之上的p型金属化部能够实现免于电击穿的保护。
因此，在根据所示出的实施例的在这里说明的激光二极管装置中，将壳体1的高的导热性、激光二极管芯片2和必要时导热元件4到壳体1的良好的热连接、对于辐射耦合输出面27的抵御环境影响和焊料颗粒的保护、以及辐射耦合输出面27的覆层的高的击穿强度相互组合，因此能够相比于已知的激光二极管器件实现光学输出功率的提高。
本发明不由于根据实施例的说明而局限于此。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的每种组合，这尤其包含在权利要求中的特征的每种组合，即使所述特征或所述组合本身在专利权利要求或实施例中没有明确地说明。
根据上述描述可知，本发明的实施例涵盖但不限于以下技术方案：
方案1.激光二极管装置，具有：
壳体(1)，所述壳体具有壳体部件(10)和与所述壳体部件(10)连接的装配件(11)，所述装配件沿着延伸方向(110)远离所述壳体部件(10)地延伸；以及
在所述装配件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层(21、22、23、24)，所述半导体层带有用于射出光的有源层(23)，
其中，
所述壳体部件(10)和所述装配件(11)具有铜制基体，并且至少所述壳体部件(10)被钢包封，
在所述激光二极管芯片(2)和所述装配件(11)之间设置有第一焊料层(3)，所述第一焊料层具有大于或等于2μm的厚度，并且所述激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在所述辐射耦合输出面(27)上施加有结晶保护层(6)。
方案2.如方案1所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)由介电材料构成。
方案3.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)由氧化物构成。
方案4.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)具有多个结晶层。
方案5.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，在所述辐射耦合输出面(27)上施加有光学层(7)。
方案6.如方案5所述的激光二极管装置，其中，所述光学层(7)设置在所述辐射耦合输出面(27)和所述结晶保护层(6)之间并且由所述结晶保护层(6)覆盖。
方案7.如方案5所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)设置在所述辐射耦合输出面(27)和所述光学层(7)之间。
方案8.如方案5所述的激光二极管装置，其中，所述光学层(7)由所述结晶保护层(6)构成。
方案9.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，在所述激光二极管芯片(2)的与所述辐射耦合输出面(27)相对置的后侧面(28)上施加有结晶保护层(6)。
方案10.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，在所述激光二极管芯片(2)的连接所述后侧面(28)和所述辐射耦合输出面(27)的侧面(29)上施加有结晶保护层(6)。
方案11.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，所述第一焊料层(3)的厚度大于或等于3μm。
方案12.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，在所述激光二极管芯片(2)和所述装配件(11)之间设置有导热元件(4)。
方案13.如方案12所述的激光二极管装置，其中，所述导热元件(4)借助所述第一焊料层(3)固定在所述装配件(11)上，并且所述激光二极管芯片(2)借助第二焊料层(5)固定在所述导热元件(4)上，所述第二焊料层具有大于或等于2μm的厚度。
方案14.如方案12或13所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有AlN、SiC、BN、CuW或金刚石。
方案15.如上述方案之一所述的激光二极管装置，其中，在所述壳体部件(10)上施加有壳体盖(14)并且将所述壳体盖与所述壳体部件(10)焊接，并且所述装配件(11)沿着所述壳体部件(10)的延伸方向(110)伸入到所述壳体盖(14)中。

Claims (19)

1.激光二极管装置，具有：
壳体(1)，所述壳体具有壳体部件(10)和与所述壳体部件(10)连接的装配件(11)，所述装配件沿着延伸方向(110)远离所述壳体部件(10)地延伸；以及
在所述装配件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层，所述半导体层带有用于射出光的有源层(23)，
其中，
在所述激光二极管芯片(2)和所述装配件(11)之间设置有第一焊料层(3)，所述第一焊料层具有大于或等于2μm的厚度，并且所述激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在所述辐射耦合输出面上施加有结晶保护层(6)。
2.激光二极管装置，具有：
壳体(1)，所述壳体具有壳体部件(10)和与所述壳体部件(10)连接的装配件(11)，所述装配件沿着延伸方向(110)远离所述壳体部件(10)地延伸；以及
在所述装配件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层，所述半导体层带有用于射出光的有源层(23)，
其中，
所述壳体部件(10)和所述装配件(11)具有铜制基体，并且至少所述壳体部件(10)被钢包封，
在所述激光二极管芯片(2)和所述装配件(11)之间设置有第一焊料层(3)，并且所述激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在所述辐射耦合输出面上施加有结晶保护层(6)。
3.激光二极管装置，具有：
壳体(1)，所述壳体具有壳体部件(10)和与所述壳体部件(10)连接的装配件(11)，所述装配件沿着延伸方向(110)远离所述壳体部件(10)地延伸；以及
在所述装配件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层，所述半导体层带有用于射出光的有源层(23)，
其中，
在所述激光二极管芯片(2)和所述装配件(11)之间设置有第一焊料层(3)，并且所述激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在所述辐射耦合输出面上施加有结晶保护层(6)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)由介电材料构成。
5.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)由氧化物构成。
6.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)具有多个结晶层。
7.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，在所述辐射耦合输出面(27)上施加有光学层(7)。
8.如权利要求7所述的激光二极管装置，其中，所述光学层(7)设置在所述辐射耦合输出面(27)和所述结晶保护层(6)之间并且由所述结晶保护层(6)覆盖。
9.如权利要求7所述的激光二极管装置，其中，所述结晶保护层(6)设置在所述辐射耦合输出面(27)和所述光学层(7)之间。
10.如权利要求7所述的激光二极管装置，其中，所述光学层(7)由所述结晶保护层(6)构成。
11.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，在所述激光二极管芯片(2)的与所述辐射耦合输出面(27)相对置的后侧面(28)上施加有结晶保护层(6)。
12.如权利要求11所述的激光二极管装置，其中，在所述激光二极管芯片(2)的连接所述后侧面(28)和所述辐射耦合输出面(27)的侧面(29)上施加有结晶保护层(6)。
13.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，所述第一焊料层(3)的厚度大于或等于3μm。
14.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，在所述激光二极管芯片(2)和所述装配件(11)之间设置有导热元件(4)。
15.如权利要求14所述的激光二极管装置，其中，所述导热元件(4)借助所述第一焊料层(3)固定在所述装配件(11)上，并且所述激光二极管芯片(2)借助第二焊料层(5)固定在所述导热元件(4)上，所述第二焊料层具有大于或等于2μm的厚度。
16.如权利要求15所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有AlN、SiC、BN、CuW或金刚石。
17.如权利要求15所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有AlN、SiC、BN、CuW或金刚石。
18.如权利要求1至3中任一项所述的激光二极管装置，其中，在所述壳体部件(10)上施加有壳体盖(14)并且将所述壳体盖与所述壳体部件(10)焊接。
19.如权利要求18所述的激光二极管装置，其中，所述装配件(11)沿着所述壳体部件(10)的延伸方向(110)伸入到所述壳体盖(14)中。
CN201510583595.2A 2012-03-19 2013-03-19 激光二极管装置 Pending CN105207052A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012102305.0 2012-03-19
DE201210102305 DE102012102305A1 (de) 2012-03-19 2012-03-19 Laserdiodenvorrichtung
CN201310088321.7A CN103326232B (zh) 2012-03-19 2013-03-19 激光二极管装置

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310088321.7A Division CN103326232B (zh) 2012-03-19 2013-03-19 激光二极管装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105207052A true CN105207052A (zh) 2015-12-30

Family

ID=49043864

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310088321.7A Active CN103326232B (zh) 2012-03-19 2013-03-19 激光二极管装置
CN201510583595.2A Pending CN105207052A (zh) 2012-03-19 2013-03-19 激光二极管装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310088321.7A Active CN103326232B (zh) 2012-03-19 2013-03-19 激光二极管装置

Country Status (3)

Country Link
CN (2) CN103326232B (zh)
DE (1) DE102012102305A1 (zh)
TW (1) TWI511396B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110649463A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 精工爱普生株式会社 面发光激光器及其制造方法、光信号传输装置及机器人
CN110710070A (zh) * 2017-06-02 2020-01-17 欧司朗光电半导体有限公司 半导体激光器器件和用于制造半导体激光器器件的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9300112B2 (en) 2013-12-18 2016-03-29 Lumentum Operations Llc Packaged laser diode and method of packaging a laser diode

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030067950A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-10 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
CN101093800A (zh) * 2006-06-22 2007-12-26 统宝光电股份有限公司 制作多晶硅薄膜的方法
CN101174624A (zh) * 2006-10-31 2008-05-07 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体结构
CN101257186A (zh) * 2007-02-26 2008-09-03 日亚化学工业株式会社 氮化物半导体激光器元件
CN101340057A (zh) * 2007-07-03 2009-01-07 夏普株式会社 氮化物半导体发光器件及其制造方法
CN101390210A (zh) * 2005-12-28 2009-03-18 联合材料公司 半导体元件安装用基板和使用其的半导体装置及半导体元件安装用基板的制造方法
CN101453098A (zh) * 2007-12-06 2009-06-10 夏普株式会社 发光元件及其制造方法
CN201417884Y (zh) * 2009-05-19 2010-03-03 唐福云 激光二极管外壳封装管座
CN102088162A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 夏普株式会社 半导体激光器芯片及其制造方法、半导体激光装置
CN102446715A (zh) * 2010-09-30 2012-05-09 硅绝缘体技术有限公司 通过原子层沉积形成半导体材料的***和方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL257131A (zh) 1959-10-23
JP2560131B2 (ja) * 1990-05-23 1996-12-04 ローム株式会社 半導体レーザ装置
TW289872B (zh) * 1992-12-24 1996-11-01 Sharp Kk
US6590920B1 (en) * 1998-10-08 2003-07-08 Adc Telecommunications, Inc. Semiconductor lasers having single crystal mirror layers grown directly on facet
JP2001135745A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体パッケージ用ステム、半導体パッケージ用アイレット、及び半導体パッケージ用アイレットの製造方法
JP2004006824A (ja) * 2002-04-17 2004-01-08 Nichia Chem Ind Ltd 光半導体用パッケージ及びその製造方法
JP2005019973A (ja) * 2003-05-30 2005-01-20 Shinko Electric Ind Co Ltd 光半導体素子用ステムの製造方法
JP2005101073A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Neomax Material:Kk 半導体素子パッケージのステムおよび同ステム用クラッド材
JP4649172B2 (ja) * 2004-11-09 2011-03-09 新光電気工業株式会社 半導体パッケージ用ステムの製造方法
DE102005053274A1 (de) * 2005-09-30 2007-04-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiterchips und Halbleiterbauelement
WO2010005027A1 (ja) * 2008-07-10 2010-01-14 浜岡東芝エレクトロニクス株式会社 半導体レーザ装置
JP5383313B2 (ja) * 2009-05-20 2014-01-08 パナソニック株式会社 窒化物半導体発光装置
JP2011060932A (ja) * 2009-09-09 2011-03-24 Panasonic Corp 窒化物半導体発光装置
JP5644160B2 (ja) * 2010-04-06 2014-12-24 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JP5707772B2 (ja) * 2010-08-06 2015-04-30 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030067950A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-10 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
CN101390210A (zh) * 2005-12-28 2009-03-18 联合材料公司 半导体元件安装用基板和使用其的半导体装置及半导体元件安装用基板的制造方法
CN101093800A (zh) * 2006-06-22 2007-12-26 统宝光电股份有限公司 制作多晶硅薄膜的方法
CN101174624A (zh) * 2006-10-31 2008-05-07 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体结构
CN101257186A (zh) * 2007-02-26 2008-09-03 日亚化学工业株式会社 氮化物半导体激光器元件
CN101340057A (zh) * 2007-07-03 2009-01-07 夏普株式会社 氮化物半导体发光器件及其制造方法
CN101453098A (zh) * 2007-12-06 2009-06-10 夏普株式会社 发光元件及其制造方法
CN201417884Y (zh) * 2009-05-19 2010-03-03 唐福云 激光二极管外壳封装管座
CN102088162A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 夏普株式会社 半导体激光器芯片及其制造方法、半导体激光装置
CN102446715A (zh) * 2010-09-30 2012-05-09 硅绝缘体技术有限公司 通过原子层沉积形成半导体材料的***和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DMITRY S. SIZOV ET.AL: "Carrier Transport in InGaN MQWs of Aquamarine- and Green-Laser Diodes", 《IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110710070A (zh) * 2017-06-02 2020-01-17 欧司朗光电半导体有限公司 半导体激光器器件和用于制造半导体激光器器件的方法
US11189990B2 (en) 2017-06-02 2021-11-30 Osram Oled Gmbh Semiconductor laser component and method of producing a semiconductor laser component
CN110649463A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 精工爱普生株式会社 面发光激光器及其制造方法、光信号传输装置及机器人

Also Published As

Publication number Publication date
TWI511396B (zh) 2015-12-01
DE102012102305A1 (de) 2013-09-19
CN103326232A (zh) 2013-09-25
CN103326232B (zh) 2015-09-16
TW201342752A (zh) 2013-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8737445B2 (en) Laser diode assembly
US11573374B2 (en) Gallium and nitrogen containing laser module configured for phosphor pumping
US8686458B2 (en) Power light emitting diode and method with current density operation
US8017932B2 (en) Light-emitting device
JP5608753B2 (ja) ｛２０−２１｝ガリウム及び窒素含有基板上の低電圧レーザダイオード
US20130022064A1 (en) Laser Package Having Multiple Emitters Configured on a Substrate Member
TW201143162A (en) Optoelectronic component and method for producing an optoelectronic component
KR20010085400A (ko) 반도체발광소자 및 그 제조방법
JP2020536384A (ja) Ｉｉｉ族窒化物面発光レーザおよび製作方法
CN103326232B (zh) 激光二极管装置
EP1524740B1 (en) III-V group GaN-based semiconductor device and method of manufacturing the same
US9356423B2 (en) Laser diode assembly
TWI565169B (zh) 雷射二極體組件
Chang et al. Nitride-Based LEDs With a Hybrid Al Mirror $+{\hbox {TiO}} _ {2}/{\hbox {SiO}} _ {2} $ DBR Backside Reflector
US20110241053A1 (en) Light emitting device
US20190081208A1 (en) Light emitting device and light emitting device package including the same
Lin et al. GaN-based dual-color light-emitting diodes with a hybrid tunnel junction structure
KR20050042715A (ko) 전극 구조체, 이를 구비하는 반도체 발광 소자 및 그제조방법
KR101700792B1 (ko) 발광 소자
TWI818580B (zh) 半導體元件的製造方法
US20220216188A1 (en) Light emitting device and light emitting module having the same
Lin et al. Design and fabrication of a TiO 2/SiO 2 dielectric broadband and wide-angle reflector and its application to GaN-based blue LEDs
Wagner et al. (AlGaIn) N ultraviolet LED chips and their use in triphosphor luminescence conversion white LEDs

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination